第1章 绪论

1.1 研究背景

我国自改革开放以来，城市化进程逐步加快，2005年底我国城市人口已由1980年的19%增长到43%，预测2010年我国城市化水平将达到40%，2020年达到50%左右。城市化进程的加快，导致城市化地区资源短缺、环境污染、生态恶化等一系列问题。2004年据建设部统计，全国有11个省（自治区、直辖市）的100余座县级以上城市供水短缺，其中严重缺水城市已占56%，水资源短缺问题已成为城市化进程加快和社会经济持续发展的重要制约因素。城市水资源短缺、水质恶化、洪涝灾害已成为当今世界城市水系健康发展与水资源安全的三大问题，严重制约着城市社会经济的可持续发展。尤其是近些年来，随着人们生活水平的提高和城市化进程的加快，城市水环境恶化和生态系统退化越来越严重。我国城市出现水危机和生态环境恶化的原因众多，其中气候变化和快速的城市化改变了自然水循环规律导致的水文生态过程变异是其主要原因之一。

郑州市地处中原中心腹地，历史悠久，文化古迹荟萃，是国家历史文化名城、中部地区重要的区域性中心城市、全国重要的综合交通和通信枢纽、现代化商贸城市；特别是改革开放30多年来，经济和社会都得到了长足的发展，城市化出现飞跃式发展，城市化率由1978年的18.1%提升到2010年的63.6%。但是，随着城市人口的急剧膨胀、工农业与服务业的迅猛发展、城市化进程的不断加快，城市水环境污染、生态恶化等问题日益突出，已严重制约了郑州城市社会和经济的可持续健康发展。

水是生命之源、生产之要、生态之基。水不仅孕育了生命，涵养了生态，而且缔造了人类文明。四大文明古国的兴衰不仅佐证了水孕育了人类文明，而且铮铮地印鉴了水与人类文明的关系。从茹毛饮血时代到信息高速化时代，人类一直逐水而居，傍水而息，无论是部落村寨还是繁华都市，无不因“有水而生，竭水而废”。山不在高有仙则名，城不在大有水则秀；灵随水起，福因水聚。因此，古往今来有名的城镇、繁华的都市或在大河大江之滨，或在明湖静泊之畔，承踞水泽之地。城市范围内河流、湖泊、水库、沟渠、泉水、井塘、湿地以及其他水体构成脉络相通的水域系统称为“城市水系”，城市水系是城市的血脉，城市水系作为城市自然生态的基础“通道”，是城市地理格局的“经络”，是自然河流生态系统的重要组成部分，是连接城市人工环境与自然环境的重要纽带。因此，城市水系已经成为城市发展的资源廊道，成为优先发展的区域。城市水系作为城市环境的重要构成要素和城市环境格局的基础，是城市生态文明建设的主要对象之一和重要内容。水是城市基础，没有水的城市是都市的“木乃伊”，没有良好水环境的城市终将成为废墟鬼蜮。生态文明城市既是人类文明进步的表征之一又是人类重要的栖息地。

汉语中“城市”一词最早出现于《韩非子·爱臣》，“是故大臣之禄虽大，不得藉威城市。”城市，在《辞源》中被解释为人口密集、工商业发达的地方。在百度中搜索“城市”，百科名片定义为“城市是以非农业产业和非农业人口集聚形成的较大居民点”。城市不仅包括住宅、工业和商业三大功能区，而且具备行政管辖功能，其行政管辖功能可能涉及较其本身更广泛的区域，其显著特点是公共设施齐全。城市的出现是人类发展过程走向成熟和文明的标志，也是人类群居生活的高级形式，城市不断地进行着演变、运转与社会、经济空间等各个子系统间的相互作用，为人类提供更为理想的栖息地。城市发展变化，特别是城市发展的区域化现象被称之“城市化”，其表现为城市社会生产力比较发达，商贸经济活动与基础设施日趋发达，逐步形成与发展成为设施完善、交通便利、信息灵活的更高级都市。“城市化”最早是由西班牙民用工程师ldefonso Cerda在1860—1861年提出的，城市化现象是与地区经济发达水平相联系的，是一个内涵极为丰富的社会、经济和空间变化过程，是一个国家或地区不断获得“城市物资”的过程。当前世界普遍认为城市是人们政治中心、经济中心、物流中心、文化中心和信息中心，在人类社会经济生产、生活中发挥着重要的作用，标志着文明的程度；城市化程度不仅能衡量一个国家和地区的经济、社会、文化、科技水平，而且能衡量国家和地区社会组织程度和管理水平，标志着现代化目标的实现，以及人类的新时代。

城市化带来的丰硕成果使人类赞叹不已、弹冠相庆，但是，现实的城市化过程并不是一曲完美奇妙的乐章，城市化过程中也夹杂着许多不和谐之音，一些发展措施不符合和谐发展理念和可持续发展理论。随着城市化进程加快，城市人口膨胀，产业集中，社会经济活动强度增大对社会、经济、资源、生态与环境产生重大影响，使城市资源不足、影响工业生产和人民日常生活，城市化主要不利影响可归纳为：①社会问题，如住房紧张，就业困难，交通拥挤，社会秩序混乱，社会保障压力快速加压等；②可利用土地紧张，地价上涨，建筑成本上升；③资源问题，资源短缺，水电气食品全靠外来供给，安全性可靠性低；④生态问题，生态系统越来越脆弱，生态物种不断降低，生物物种多样性减少，食物链网状萎缩、结构关系简单化；⑤环境问题，大气污染、土壤污染和水环境污染加重，热岛效应剧烈，水循环多元化，水系结构和水文过程不断被破坏，空间减少，地下漏斗致使地面沉降等。这些问题严重制约城市的发展，严重影响生活环境质量，严重威胁人的生命和财产安全。

城市的起源、发展及湮没与水系变迁是密切相关的，犹如齿唇相依的关系，水系是城市发展动力之一，又是制约和影响城市空间结构的重要因素之一。在城市化驱动下，水系水文与水动力条件相互影响，影响水体自净能力，水文—形态的多样性以及水质自净能力的改善是促进水系生态系统恢复和水景观提升的必需条件。在影响城市发展的各种因素中，城市化已经成为对水系产生影响最主要的因素之一，截至20世纪末，世界上60%的河流在城市化影响下发生剧烈变化。人类为了更好地在城市生活，因对自然规律缺乏全面科学合理认识，城市化过程中城市水系河渠硬化、取直化、闸坝分割化、污水直排、围水造陆等过度治理措施，强烈干扰城市水系水文和水资源演变规律；城市化硬化面积比率不断上升，改变了土地利用方式，造成了水循环的下垫面产汇流条件和地表水地下水相互转化关系突变，大幅度影响了水文过程，造成水流、水量和水质等水循环各方面和水资源演变；通过城市水系建设，城市化使得水系形态改变，水域空间减少，水系结构改变，造成水系网络形态萎缩、结构变化和分布格局突变等。快速城市化在给城市水系带来大量工业和生活污水，造成严重的水环境污染问题，间接对城市水系自然生态系统造成强迫干扰；城市河流与湿地的侵占化、主干化、园林化、非生态硬化，忽视城市水系对城市的自然美化和净化环境的作用，轻视其降低污染，促进物质和能量循环等不可代替的功能和价值，打破了原城市水系生态系统的结构和平衡，由此带来的生态和环境影响已经引起人们的高度重视。城市水系水文和水资源演变规律改变又造成水系功能改变以及产出生态与环境问题，进而影响城市健康与社会和谐发展。

近30多年来的科学研究促使人们充分认识到，城市水系保护管理必须走城市水系健康管理之路，特别是针对城市水系健康具体问题进行的城市水系健康调度是城市水系健康管理的核心。关于城市化造成河网水系变化引发的相关问题，许多国家和地方政府极为重视，联合国把2006年“世界水日”的主题确定为“水与文化”，水文化开始成为水资源保护的新理念，其对解决水资源问题的重要性，日益得到关注；我国政府积极参与世界水环境保护科学研究与实践，特别是生态文明建设，按照国际水环境保护目标，河网水系保护与管理不仅要控制水污染，而且通过合理的水系通道进行健康调度来保护水生态系统。各地方政府因地制宜地开展对城市水系建设、水环境治理技术和健康管理研究与实践。城市水系生态问题被各界日益重视，越来越多城市通过城市生态水系建设和管理来解决城市水系生态问题，日本、美国、德国、瑞士、澳大利亚等发达国家现已进入了生态水利的高级阶段，以尊重河流系统的自然规律，进行河流回归自然的改造，注重河流自然生态和自然环境的恢复与保护作为河流建设管理理念。在20世纪70年代以后美国确立了与自然相协调的可持续的河流管理理念，实现了河流水资源管理模式的转换。Gerald和Galloway在1993年提出了与经济、生态、文化可持续性相融合的河流管理新模式代替传统洪水河流管理模式。20世纪90年代以来，我国开始重视对城市生态环境整治建设和管理。成都市集防洪、排水、交通、绿化、生态、文化于一体完成了对府南河的整治，获得“人居奖”和“改善居住环境最佳范例奖”；苏州市对城市水系进行了生态化治理，治理中保持了三纵三横加一环的河网水系及小桥流水的水城特色。北京市、武汉市和桂林市等大都市花了约10年时间以建设“水清、流畅、岸绿、通航”的现代城市水系为目标，对城市水系进行了大规模的生态整治。郑州市从2006年开始，按照“水通水清、健康安全、生态环保、人水和谐”的理念，以市区及周边地区范围内的河、库、湖湿地为对象，拟构建“六纵六横河渠、七中五小水库、三湖泊两湿地”的生态水系格局，要实现防洪、供水、生态、景观、旅游等综合利用功能的城市生态水系健康管理的理论与实际研究。

可见，国内外在城市化对城市水系影响方面的研究方兴未艾，从研究发展趋势看，城市化环境下的城市水文和水资源影响研究是当今国际水科学研究的前沿，识别城市化因素对水循环的影响是国际水文学研究的热点和难点，寻求城市生态水系健康调控的方法和途径是城市水安全和可持续发展保障的重大需求。因此，该研究，不仅对推动本学科发展意义重大，也符合国家的中部崛起战略需求和长远规划，响应国家水安全保障和水危机防治的重大战略举措，可为郑州制定重大发展战略决策、保障社会经济可持续发展提供坚实的科学支撑。因此，开展本项目的研究具有重要的理论和现实意义。